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柔性显示蓄势待发 技术尚需完善

作者:李雷广来源:平板显示文摘发布时间:2015-01-19 13:55我要评论

柔性显示的概念,至少已经火热了十几年之久,但是就目前产业化的步伐来看,远远没有达到当初预期的那样快,更多的还是停留于概念产品和实验室产品上,真正大规模量产的产品少之又少。但是随着便携式移动设备、可穿戴显示产品等方面需求的快速增长,柔性显示可以说是持续受到业界的普遍关注。

柔性显示的定义

从1990年代后期开始,平板显示市场以LCD为代表创造了巨大的改变之后,市场欲再次通过柔性显示准备下一个划时代的革新。

我们来看IHS公司对柔性显示的定义:所谓柔性显示,广义的定义是“以使用不易破碎的柔软材料基板替代易碎的玻璃基板的显示产品”。但在狭义的定义里,软性显示是一种统称“不同于目前的产品,拥有轻薄、不易破碎、可弯曲或卷曲的显示产品,设计上的自由度高且可替代纸张的资讯显示产品”。

显示产业从很早以前就试着使用LCD、OLED、e-Paper等技术为基础开发柔性显示产品, IHS公司把柔性显示器技术分成四代。第一代耐用的显示器面板目前正在进入市场。这些面板采用柔性基板,厚度极薄而且不易破损。但是,这些显示器是平坦的,不能弯曲或卷起来。

第二代柔性显示器可弯曲并可随形,可以塑造成曲面,可以让智能手机等小尺寸产品的显示面积最大化。

第三代是真正的可卷式柔性显示器,可以由最终用户随意弯曲。利用这些显示器将来能够打造节省空间的新一代产品,并且会模糊各类产品之间的传统界限,比如智能手机与平板电脑。

第四代由一次性显示器构成,成本极低,可以用于代替纸张。

电子纸技术仍进展缓慢

与普通的刚性显示器相比,柔性显示器具有诸多优点:耐冲击,抗震能力更强;重量轻、体积小,携带更加方便;采用类似于报纸印刷工艺的卷对卷工艺,制造成本更加低廉等。目前主要的柔性显示材料大致可分为三种:电子纸(或柔性电泳显示)、柔性OLED和柔性液晶等。

几年前,在OLED技术尚不成熟的时期,电子纸方式做柔性显示曾被寄予厚望,尤其是E-ink的电子纸技术,几乎垄断了电子纸阅读器市场,但时至今日,市面上的电子纸阅读器还远远没有达到我们理想中的“柔性”。

E-ink的电子纸技术,经过这些年的努力,量产产品在柔性方面并无太大进展,终端产品销量亦远不及平板电脑。随着2010年1月苹果iPad的正式问世,电子纸阅读器产品萎缩严重。虽然待机时间、轻便等方面iPad不及电子纸,但是更好的显示效果、更强大的功能,还是让消费者更倾向于选择iPad。

从市场表现来看,平板电脑类的产品明显比电子纸阅读器占据更高的市场份额。iPad于2010年4月3日上市后,当年销售746万台,2011年销售3239万台,2012年销售6140万台,2013年销售7040万台。同时,Android平板电脑2012年销量为5330万台,2013年的销量猛增至1.209亿台。

总体来看,全球平板电脑市场2011年销量为6000万台,2012年销量为1.16亿台,2013年销量达到1.954亿台。

而电子纸阅读器方面,2011年出货量为2320万台,2012年出货量为1490万台,同比下滑36%%。可以说电子纸阅读器在2011年达到顶峰后便一路走低。

电子纸在柔性显示产业要想有更大的突破,技术、成本等各方面仍需要付出巨大努力,否则面对其他技术的崛起,将更无市场可言。

柔性显示技术的新进展

2014年度,各家企业在柔性显示方面取得了一定技术进展,但是仅限于实验产品,并无大规模的量产品问世。

石墨烯技术的一个卖点就是制备各种柔性器件,英国就开发出应用了石墨烯的柔性显示屏。这款原型产品由剑桥大学石墨烯研究中心和英国Plastic Logic公司共同生产,是一款有源矩阵电泳(active matrix electrophoretic)显示屏,这种技术通过使用电场重新排列溶液上的悬浮粒子,显示出图像。它和如今的电子阅读器显示屏很相似,不过它没有采用玻璃材质,而是选用了软塑料。其背板采用了经乳浊液处理的石墨烯电极,而不是标准溅镀沉积的金属电极(ITO)。通过利用低温处理,石墨烯被“打印”在了背板底层基片上。Plastic Logic公司还开发了一种“有机薄膜晶体管技术”,可以在不到100摄氏度的低温下,制造出150ppi的显示屏背板。

2014年7月,LG Display在“透明柔性显示研发课题研讨会上”展示了全球最大尺寸柔性OLED产品,尺寸达到18英寸,分辨率为HD级别(1200×810),拥有近100万像素。这款产品曲率半径为30R,这意味着,将18英寸大小的显示屏卷成半径为3cm的圆形,仍可正常显示图像。为实现曲率半径最大化,LG Display在TFT电路及有机物附着的基板上采用高分子聚酰亚胺 (Polyimide)膜片,使得成品厚度大幅减少,柔韧性大幅提高。

2014年年中时,深圳一家企业的超薄柔性显示屏的问世,引来业界广泛关注。深圳柔宇科技成功研制出了全球最轻薄、可自由卷曲伸缩、已直接用于智能手机平台的彩色柔性显示器,其厚度仅约10微米,不足头发丝直径的五分之一,而其收缩卷曲半径小于1毫米,比圆珠笔芯还细。

上半年,英国新创公司SnapWatch发表了一款腕戴式显示器产品原型,将不锈钢休闲腕带与柔性显示器做了成功的结合。这款产品采用瑞典企业Acreo开发的双稳态电致变色显示器(bistable electrochromic display),期望能搭上智能手表热潮。

日本的SEL实验室研制出了一块8.7英寸1080P分辨率的Super AMOLED触控显示屏,像素密度为254ppi。这块屏幕可以轻松折叠为三段,能够经受10万次折叠,折角处的最小弯曲半径可以达到2-4毫米。

从这一年发布的新品来看,OLED可以说是风头正劲,但依然存在诸多问题。OLED柔性显示技术的突破,要在柔性基板、柔性电路、封装技术等各方面去努力。

众多企业和研究机构中,各家做柔性OLED的技术路线都各有侧重。在TFT背板方面,维信诺主要采用较为成熟的低温多晶硅(LTPS)技术,京东方发布的样品则采用了时下研究热门的氧化物半导体技术;在薄膜封装方面,可选择的技术有等离子体化学气相沉积(PECVD)、原子层沉积(ALD)和BarixTM等,各家都选择了一条甚至多条技术路线在进行开发;但是在基板的选择上大家都不约而同的选择了聚酰亚胺基板,这种材料耐高温、韧性好,各项指标都优于其他可选择的柔性基板,如超薄玻璃、金属箔片等。

国内企业在柔性显示方面的布局

欧美、日韩等国企业都在积极布局柔性显示技术,国内的相关显示企业也正在这一领域做出自己的努力。

2014年4月,京东方副总裁张宇在接受机构调研时表示,京东方已专门成立技术研发中心对柔性显示技术以及柔性产品进行研究,生产领域已向智能穿戴领域进行拓展。

张宇称,京东方为了实现软硬体融合、资源整合,已针对可穿戴设备组建专门的负责团队。公司在2013年就研发出了9.55英寸AMOLED显示屏,弯曲曲率半径小于20毫米,能用于可穿戴设备。

2014年9月,深天马在《投资者关系活动记录表》中介绍,公司在新兴领域,如柔性显示应用、可穿戴设备等已有产品在专业展会上展出,公司已做好了相应的技术储备。

维信诺公司多年来也是一直致力于柔性OLED产品的研发与生产。2014年以来,其AMOLED技术在柔性显示、高分辨率技术、电路补偿和驱动电路等方面分别取得重大突破。陆续推出了4.6英寸、7.6英寸彩色AMOLED柔性显示屏样品,在柔性基板、薄膜封装和激光剥离等工艺方面取得了重大进展,有效提升柔性OLED产品的器件寿命,更进一步推动了柔性显示技术的量产化发展。开发出了拥有自主知识产权的AMOLED高分辨率技术,并在7.6英寸AMOLED全彩显示屏上进行了验证,可将显示屏分辨率提升到3倍以上。

产品未到 专利先行

科技领先企业,在专利的布局上也是超前并领先的。在柔性显示领域,包括苹果公司、三星、LG、索尼等国际巨头的专利布局明显优于其他企业。

2014年4月,美国专利商标局(USPTO)批准了三星公司的一项新专利,该项专利在柔性显示屏的基础上增加了折叠机制。从专利图片上看出该机制采用了类似铰链的原理。

虽然许多专利技术未必会应用于实际的产品,但这些科技界的巨头们跑马圈地、未雨绸缪的做法也是值得国内企业学习的。

未来市场预期

据IHS公司“柔性显示器技术与市场预测”的报告显示,预计2020年柔性显示器的全球出货量将增至7.92亿个,而2013年只有320万个。同期整体营业收入将从区区10万美元剧增到413亿美元。未来几年,柔性显示器的最大宗应用将是个人电子产品。这些产品将以智能手机为主,2020年出货量将增至3.51亿个。IHS公司认为,在可预见的将来,OLED每年都将是领先的柔性显示技术,2020年将占出货量的64%%。

而MarketsandMarkets研究报告称,到2020年全球柔性显示屏市场有望突破38.9亿美元,未来几年该市场将保持较高的年均增长率。

笔者认为,柔性显示在我们的实际生活中必会有大规模的应用,但是局限于目前技术的成熟度、市场定价等多方面的原因,尚无法形成大量的生产。如果未来技术成熟,以中小学课本为例,如果有合适的产品取代目前的纸制书籍,光中国市场将会有几亿台的市场容量,高达上千亿元产值的规模。

当务之急,还是要把技术做扎实,把生产工艺提高,有了更高的良率,再把成本做的平民化,相信未来柔性显示市场非常有前景,也很有“钱”景。


责任编辑:孙鸿凌
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